RU2161021C2

RU2161021C2 - Transplant for performing scleroplasty

Info

Publication number: RU2161021C2
Application number: RU99102289A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Тарутта; Е.Н. Иомдина; В.Е. Брагин; А.Н. Быканов; Л.Д. Андреева; А.В. Лазук; Е.В. Елисеева; Ю.А. Шустеров
Original assignee: Московский научно-исследовательский институт глазных болезней им. Гельмгольца
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves treating biological high molecular weight polymer material of required shape in low temperature plasma until modified layer is formed in its surface area. EFFECT: improved biocompatibility properties; marked sclera-strengthening effectiveness. 2 cl

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и предназначено для совершенствования трансплантационных биологических материалов, применяемых для склеропластических операций. The invention relates to medicine, namely to ophthalmology, and is intended to improve transplantation biological materials used for scleroplastic operations.

Многообразие используемых в настоящее время биологических материалов (гомосклера, аутофасция, твердая мозговая оболочка, амнион и др.) указывает на неудовлетворенность хирургов отдаленными результатами оперативных вмешательств. Это во многом связано с биодеградацией трансплантатов в процессе приживления (С. Н. Епишева, Г.Е.Венгер. Эффективность склеропластики с применением текспланта при прогрессирующей миопии //Офтальмологический журнал, 1998, N 1, с. 8-11; B.Curtin. The Myopias. Basic Science and Clinical Management. Philadelphia, 1985), а также с недостаточной механической стабильностью комплекса склера-трансплантат, формирующегося в результате склеропластики (Е. П. Тарутта. Склероукрепляющее лечение и профилактика осложнений прогрессирующей близорукости у детей и подростков. Автореф. докт. дисс. мед. наук, 1993, 51 с.). The variety of currently used biological materials (homoscler, autofascia, dura mater, amnion, etc.) indicates surgeons' dissatisfaction with the long-term results of surgical interventions. This is largely due to the biodegradation of grafts during the engraftment process (S. N. Episheva, G.E. Wenger. The effectiveness of scleroplasty using texplant for progressive myopia // Ophthalmological Journal, 1998, N 1, pp. 8-11; B. Curtin . The Myopias. Basic Science and Clinical Management. Philadelphia, 1985), as well as with insufficient mechanical stability of the scleral-graft complex resulting from scleroplasty (E. P. Tarutta. Sclero-strengthening treatment and prevention of complications of progressive myopia in children and adolescents. Abstract Doctoral diss. AUC, 1993, 51 pp.).

В то же время известно, что повышения биомеханической устойчивости комплекса склера-трансплантат можно достичь путем улучшения физико-механических и поверхностных адгезивных свойств биологического трансплантата путем его обработки в полимерной композиции (Е.П.Тарутта, Э.Ш.Шамхалова, Е.Н.Иомдина, Л. Д. Андреева, М. И.Винецкая. Способ лечения прогрессирующей близорукости. Авт. свид. N 1680161, опубл. Б.И. N 36, 1991). Склеральный трансплантат, погруженный непосредственно перед операцией в раствор "Вспенивающейся полимерной композиции для заполнения полостей в организме", приобретал улучшенные упруго-прочностные свойства, более плотно фиксировался к склере реципиента, что в результате способствовало формированию более устойчивого к растяжению комплекса "склера-трансплантат". Этот способ является ближайшим аналогом предлагаемого изобретения. Однако при использовании трансплантата, обработанного подобным образом, в раннем послеоперационном периоде отмечались тенониты в большем проценте случаев, чем при обычной склеропластике (Э. С. Аветисов и соавт. "Укрепление склеры у детей с повышенным риском прогрессирования близорукости". Методические рекомендации. М., 1990, 11 с.). Известен, кроме того, способ модификации поверхности искусственных полимерных материалов, используемых для рефракционной кератопластики, путем их обработки в низкотемпературной газоразрядной плазме с целью улучшения биологической совместимости и снижения токсичности используемых синтетических трансплантатов. Обработка проводилась в газоразрядной плазме высокочастотного (f = 13,56 МГц) емкостного разряда в аргоне. В процессе обработки температура рабочего газа составляла ≈300K (комнатная температура), что позволяло обрабатывать материалы без разрушения их структуры. На поверхность материала воздействовали электроны со средней энергией 3-6 эВ, потоки ионов с энергией до 100 эВ, ультрафиолетовое излучение и метастабильные атомы аргона с энергией около 11,5 эВ. Процесс обработки проводился в течение времени (3-5 мин), достаточного для образования модифицированного слоя (Ю.А.Шустеров, И.Ш.Абдуллин, В.Е.Брагин, А.Н.Быканов, Е.В.Елисеева. Использование плазмы высокочастотного разряда для улучшения биосовместимости полимерных материалов в офтальмологии. Матер. Конф. Физика низкотемпературной плазмы. Петрозаводск, 1995, Часть 3, с. 398-399). В результате подобного воздействия на поверхности полимера создавался уплотненный модифицированный слой, обладающий свойствами повышенной гидрофильности. Этот слой уменьшал выход токсичных мономеров и олигомеров из полимера в окружающие ткани. At the same time, it is known that increasing the biomechanical stability of the scleral-graft complex can be achieved by improving the physicomechanical and surface adhesive properties of the biological graft by processing it in a polymer composition (E.P. Tarutta, E.Sh. Shamkhalova, E.N. Iomdina, L. D. Andreeva, M. I. Vinetskaya. A method for the treatment of progressive myopia. Auth. Certificate. N 1680161, publ. B.I. N 36, 1991). The scleral graft immersed immediately before the operation in the solution of the “Foaming polymer composition for filling cavities in the body” acquired improved elastic-strength properties and was more tightly fixed to the sclera of the recipient, which, as a result, contributed to the formation of a more stable scleral-graft complex. This method is the closest analogue of the invention. However, when using a graft treated in this way, tenonitis was observed in the early postoperative period in a larger percentage of cases than with conventional scleroplasty (E. S. Avetisov et al. "Strengthening sclera in children with an increased risk of myopia progression. Methodical recommendations. M. , 1990, 11 pp.). In addition, there is a known method for modifying the surface of artificial polymeric materials used for refractive keratoplasty by processing them in a low-temperature gas-discharge plasma in order to improve biological compatibility and reduce the toxicity of the used synthetic grafts. The processing was carried out in a gas-discharge plasma of a high-frequency (f = 13.56 MHz) capacitive discharge in argon. During processing, the temperature of the working gas was ≈300 K (room temperature), which made it possible to process materials without destroying their structure. Electrons with an average energy of 3-6 eV, ion fluxes with an energy of up to 100 eV, ultraviolet radiation and metastable argon atoms with an energy of about 11.5 eV acted on the surface of the material. The processing process was carried out for a time (3-5 min) sufficient for the formation of the modified layer (Yu.A. Shusterov, I.Sh. Abdullin, V.E. Bragin, A.N. Bykanov, E.V. Eliseeva. high-frequency discharge plasma for improving the biocompatibility of polymeric materials in ophthalmology. Mater. Conf. Physics of low-temperature plasma. Petrozavodsk, 1995, Part 3, pp. 398-399). As a result of such an action, a compacted modified layer with enhanced hydrophilicity properties was created on the polymer surface. This layer reduced the yield of toxic monomers and oligomers from the polymer into the surrounding tissues.

С целью сокращения сроков приживления трансплантата и повышения стабильности комплекса склера-трансплантат предлагается обработка биологического высокомолекулярного полимерного материала требуемой формы в низкотемпературной плазме до образования в его приповерхностной области модифицированного слоя. In order to reduce the terms of graft engraftment and increase the stability of the scleral-graft complex, it is proposed to process biological high molecular weight polymer material of the required form in a low-temperature plasma until a modified layer is formed in its surface region.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение трансплантационного биологического материала, обладающего улучшенной биосовместимостью и обеспечивающего более выраженный склероукрепляющий эффект операции. Технический результат достигается за счет использования трансплантата, обработанного таким образом, что на его поверхности образуется модифицированный слой. The technical result of the invention is to obtain a transplant biological material with improved biocompatibility and providing a more pronounced sclero-strengthening effect of the operation. The technical result is achieved through the use of a graft treated in such a way that a modified layer is formed on its surface.

Трансплантат для склеропластики изготавливают следующим образом. В стерильных условиях вырезают из предварительно обработанной в растворе антибиотиков биологической ткани (гомосклеры, твердой мозговой оболочки и др.) трансплантат требуемой формы; высушивают при комнатной температуре таким образом, что его масса уменьшается до 35-40% от исходной. Затем проводят обработку в плазме газового разряда следующим образом. Трансплантат располагают в области воздействия плазмы. Плазмохимический реактор вакуумируют и заполняют его рабочим газом (предпочтительно инертным, например, аргоном) до давления 0,1-3 тор, затем возбуждают разряд (например, высокочастотный разряд емкостного типа), подвергают трансплантат воздействию плазмы в течение времени, достаточного для образования поверхностного слоя модифицированных белковых молекул. Время воздействия плазмы для реализованных параметров разряда определили экспериментально, контролируя образование упомянутого модифицированного слоя методом микроскопии. В отличие от искусственных материалов, оптимальное время воздействия на склеральную ткань составило 2-3 мин. The graft for scleroplasty is made as follows. Under sterile conditions, a transplant of the required shape is cut out of a biological tissue pre-treated in an antibiotic solution (homosclera, dura mater, etc.); dried at room temperature so that its mass is reduced to 35-40% of the original. Then, a gas discharge plasma treatment is carried out as follows. The graft is placed in the area of plasma exposure. The plasma-chemical reactor is evacuated and filled with a working gas (preferably inert, for example, argon) to a pressure of 0.1-3 torr, then a discharge is excited (for example, a high-frequency discharge of a capacitive type), the transplant is exposed to plasma for a time sufficient to form a surface layer modified protein molecules. The plasma exposure time for the realized discharge parameters was determined experimentally, controlling the formation of the aforementioned modified layer by microscopy. Unlike artificial materials, the optimal exposure time to scleral tissue was 2-3 minutes.

С целью предотвращения деформации трансплантата при дегидратации и удобства его укладывания в процессе операции на поверхности глазного яблока перед обработкой его высушивают на сферической поверхности диаметром 24 мм. In order to prevent deformation of the graft during dehydration and the convenience of laying it during the operation on the surface of the eyeball, it is dried on a spherical surface with a diameter of 24 mm before processing.

После завершения плазменной обработки трансплантат помещают в раствор антибиотика или антисептика для хранения. After completion of the plasma treatment, the graft is placed in a solution of an antibiotic or antiseptic for storage.

Наличие модифицированного слоя в гомосклеральпом трансплантате, прошедшем плазменную обработку, обнаруживается при микроскопическом (гистологическом и гистохимическом) исследовании. При оптимальном времени воздействия (2-3 мин) строение склеры в целом не отличается от нормального. Однако в наружных слоях отмечается разволокнение и рыхлое расположение коллагеновых волокон, которые с одной стороны как бы склеены, а с другой - диссоциированы на отдельные мелкие уплотненные коллагеновые структуры, лежащие на расстоянии друг от друга. При гистохимическом исследовании наблюдается более интенсивная окраска наружных уплотненных участков, что, по-видимому, связано с разрушением в них протеогликановых комплексов и высвобождением свободных гликозаминогликанов. Разрушение межмолекулярных и межфибриллярных связей, вызванное плазмохимической обработкой, приводит к частичной диссоциации коллагена поверхностного слоя склеры на продукты полураспада полипептиды и пептиды. Последние после пересадки трансплантата способны вызывать стимуляцию биосинтеза коллагена в фибробластах. Таким образом, обработанный трансплантат лучше адаптирован для целей склеропластики, чем интактный, что обуславливает его более активное приживление и перестройку при формировании комплекса склера-трансплантат. The presence of a modified layer in a homoscleral graft after plasma treatment is detected by microscopic (histological and histochemical) examination. With an optimal exposure time (2-3 min), the structure of the sclera as a whole does not differ from normal. However, in the outer layers there is a breakdown and loose arrangement of collagen fibers, which are glued on one side and dissociated on the other hand into separate small compacted collagen structures lying at a distance from each other. A histochemical study reveals a more intense coloration of the outer densified areas, which, apparently, is associated with the destruction of proteoglycan complexes in them and the release of free glycosaminoglycans. The destruction of intermolecular and interfibrillar bonds caused by plasma-chemical treatment leads to partial dissociation of collagen of the sclera surface layer into half-life products of polypeptides and peptides. After transplantation, the latter can stimulate collagen biosynthesis in fibroblasts. Thus, the treated graft is better adapted for scleroplasty than intact, which leads to its more active engraftment and reconstruction during the formation of the scleral-graft complex.

Комплексное морфологическое изучение приживления склеральных трансплантатов в эксперименте на животных подтверждает лучшую биологическую совместимость трансплантатов, подвергшихся обработке, по сравнению с интактными. После склеропластической операции в обоих случаях развивается небольшая воспалительная реакция на чужеродную ткань. Однако процессы приживления и организации обработанных трансплантатов завершаются значительно раньше. Так, после склеропластики с применением обработанных трансплантатов уже к 7,5 месяцам происходит полное замещение их коллагенового каркаса и фибробластов, в то время как при использовании интактного материала эти процессы завершаются лишь через 12 месяцев после операции. Через 7,5 месяцев обработанный трансплантат стабилизирован и плотно сращен со склерой, сформирован единый комплекс, укрепляющий склеральную оболочку глаза. Сохраняются новообразованные сосуды, которые играют определенную роль в улучшении питания и повышении метаболической активности комплекса. A comprehensive morphological study of the engraftment of scleral grafts in an animal experiment confirms the better biocompatibility of the treated grafts compared to intact ones. After scleroplastic surgery, in both cases, a small inflammatory reaction to foreign tissue develops. However, the processes of engraftment and organization of the processed grafts are completed much earlier. So, after scleroplasty with the use of treated grafts, by the age of 7.5 months, their collagen skeleton and fibroblasts are completely replaced, while using intact material these processes are completed only 12 months after the operation. After 7.5 months, the treated graft is stabilized and tightly fused with the sclera, a single complex is formed that strengthens the scleral membrane of the eye. Newly formed vessels are preserved, which play a role in improving nutrition and increasing the metabolic activity of the complex.

Трансплантаты гомосклеры, изготовленные предложенным способом, были использованы в клинической практике в ходе склеропластических операций при прогрессирующей близорукости, а также при травматических стафиломах склеральной оболочки глаза. Homosklera grafts made by the proposed method were used in clinical practice during scleroplastic operations with progressive myopia, as well as with traumatic staphylomas of the scleral membrane of the eye.

Пример 1. Больной Б., 1984 г. рожд., история болезни N 3780. Находился на стационарном лечении с диагнозом: миопия высокой степени OU, прогрессирующая. Объективно: VIS OD = 0,2 с корр - 7,0 D = 0,6; VIS OS = O,2 с корр - 6,5 D = 0,8; R OD = M 7,0 D; R OS = M 6,0 D. OU спокойны. Оптические среды прозрачны. ДЗН: границы стушеваны с височной стороны, бледно-розового цвета. Артерии сужены, вены полнокровны, ход извитой. Лечение: операция склеропластики OU по методу Атамередовой - Нурмамедова с помощью предложенного трансплантата (модифицированной донорской склерой). При выписке жалоб нет. Объективно: OU конъюнктива несколько инъецирована, шов состоятелен. Трансплантаты лежат хорошо. Оптические среды прозрачны. На глазном дне: OU значительно уменьшилась стушеванность границ ДЗН, сосуды стали полнокровнее. VIS OD = 0,2 с корр - 6,5 D = 0,6. VIS OS = 0,2 с корр - 6,5 D = 0,8; при повторном осмотре через 3 месяца жалоб нет. Объективно: VIS OD = 0,2 с корр - 5,5 D = 0,6; VIS OS = 0,2 с корр - 5,5 D = 0,8. OU спокойны. Трансплантаты лежат хорошо. Оптические среды прозрачны. ДЗН границы слегка завуалированы, бледно-розового цвета. Артерии несколько сужены, вены полнокровны, ход извитой. R OD = М 5,5 - 6,0 D. R OS = M 5,5 - 6,0 D, т.е. отмечается стабилизация миопического процесса на oбоих оперированных глазах. Example 1. Patient B., born in 1984, medical history N 3780. He was hospitalized with a diagnosis of high myopia OU, progressive. Objectively: VIS OD = 0.2 s corr - 7.0 D = 0.6; VIS OS = O, 2 s corr. - 6.5 D = 0.8; R OD = M 7.0 D; R OS = M 6.0 D. OU calm. Optical media are transparent. DZN: borders faded from the temporal side, pale pink. Arteries are narrowed, veins are full-blooded, convoluted course. Treatment: scleroplasty operation OU according to the Atameredova-Nurmamedov method using the proposed graft (modified donor sclera). There are no complaints upon discharge. Objectively: OU conjunctiva is somewhat injected, the suture is consistent. Transplants lie well. Optical media are transparent. On the fundus: OU significantly reduced the blurring of the boundaries of the optic nerve disc, the vessels became fuller. VIS OD = 0.2 s corr. - 6.5 D = 0.6. VIS OS = 0.2 s corr. - 6.5 D = 0.8; upon re-examination after 3 months no complaints. Objectively: VIS OD = 0.2 s corr - 5.5 D = 0.6; VIS OS = 0.2 s corr. - 5.5 D = 0.8. OU are calm. Transplants lie well. Optical media are transparent. DZN borders slightly veiled, pale pink. The arteries are somewhat narrowed, the veins are full-blooded, the course is convoluted. R OD = M 5.5 - 6.0 D. R OS = M 5.5 - 6.0 D, i.e. stabilization of the myopic process is observed on both eyes operated.

Пример 2. Больная Ш., 1930 г. рожд., история болезни N 8602. Находилась на стационарном лечении с диагнозом: OU исход контузии тяжелой степени с разрывом склеры, стафилома склеры, подвывих хрусталика, осложненная катаракта. При поступлении жалобы на резкое снижение зрения OU. Снижение зрения заметила после удара в область переносицы несколько месяцев назад, но к врачу не обращалась. Объективно: VIS OD = счет пальцев на расстоянии 10 см; VIS OS = 0,01 не корр; OU спокойны. Имеется субконъюнктивальный разрыв склеры у лимба от 10 час. до 14 час., в месте разрыва под конъюнктивой проминирует сосудистая оболочка. Ширина разрыва до 4-5 мм, роговица рубцово изменена у лимба с 10 до 14 часов. Передняя камера неравномерной глубины, влага прозрачная. Полная колобома радужки на 12 часах. Хрусталик частично помутнен, подвывих в переднюю камеру. Глубжележащие отделы осмотру не доступны. Лечение: операция OD - склеропластика стафиломы склеры с помощью предложенного трансплантата (модифицированной гомосклерой). Послеоперационный период без особенностей. При выписке: шов на коньюнктиве снят, рубец состоятелен. Трансплантат лежит хорошо. Другие отделы глаза без динамики. Example 2. Patient Sh., Born in 1930, medical history N 8602. She was hospitalized with a diagnosis of OU severe concussion with ruptured sclera, staphyloma of the sclera, subluxation of the lens, complicated cataract. Upon receipt of a complaint about a sharp decrease in vision of the OU. I noticed a decrease in vision after an impact in the nose bridge a few months ago, but I did not go to the doctor. Objectively: VIS OD = finger count at a distance of 10 cm; VIS OS = 0.01 no corr; OU are calm. There is a subconjunctival rupture of the sclera in the limb from 10 hours. up to 14 hours., at the site of rupture under the conjunctiva, the choroid promotes. The width of the gap is up to 4-5 mm, the cornea of the scar is changed at the limb from 10 to 14 hours. Front camera of uneven depth, moisture is transparent. Complete coloboma of the iris at 12 o’clock. The lens is partially clouded, subluxation into the anterior chamber. Departmental inspection departments are not available. Treatment: surgery OD - scleroplasty of staphyloma sclera using the proposed transplant (modified homosclera). The postoperative period without features. At discharge: the seam on the conjunctiva is removed, the scar is consistent. The graft lies well. Other parts of the eye without dynamics.

Таким образом, предложенный плазменно-модифицированный склеральный трансплантат может быть успешно использован для хирургического укрепления склеры при прогрессирующей близорукости, а также для склеропластических операций при посттравматических и других состояниях глаз. Thus, the proposed plasma-modified scleral graft can be successfully used for surgical strengthening of the sclera with progressive myopia, as well as for scleroplastic operations in post-traumatic and other eye conditions.

Claims

1. A graft for scleroplasty from biological material, characterized in that its surface is modified by processing in a low-temperature plasma a discharge created in a gaseous medium.

2. The graft according to claim 1, characterized in that before the modification of the graft it is dried at room temperature, placing the flap on a spherical surface.